JP5766302B2 - Motor with built-in power converter, air conditioner with built-in motor, water heater, and ventilation fan - Google Patents
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Description
本発明は、半導体モジュールを用いた電力変換回路基板によって構成された電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器に関する。 The present invention relates to a motor with a built-in power conversion device constituted by a power conversion circuit board using a semiconductor module, an air conditioner, a water heater, and a ventilating blower with a built-in motor.
近年、高圧の電力変換回路とステータとを接続し不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂で成形された駆動回路内蔵モータが空調用送風機に多く用いられている。モータ駆動のための直流電源は、最大325Vと高圧化している(例えば下記特許文献1)。また、空調機器は、電源事情の悪い地域での利用も多く、上記直流電源の電圧の最大値がさらに増加する方向である。 2. Description of the Related Art In recent years, motors with a built-in drive circuit that are connected to a high-voltage power conversion circuit and a stator and are formed of a thermosetting resin such as unsaturated polyester resin are often used for air conditioning fans. The direct current power source for driving the motor is increased to a maximum voltage of 325 V (for example, Patent Document 1 below). In addition, air-conditioning equipment is often used in areas where power supply conditions are poor, and the maximum value of the voltage of the DC power supply tends to further increase.
また、集積回路(以下、ICと略す)を封止するパッケージは、小型化が進み、面実装に対応するパッケージも多く使われるようになった。特に、モータ内部の電力変換装置に実装されるICは、小型化の要求から上記の面実装対応のパッケージが使われる例が増えている(例えば下記特許文献2)。ただし、空調用送風モータ等で使われるICには、比較的大きな許容消費電力が要求されるため、この許容消費電力に伴い生じる熱を効果的に放熱するため、実装には工夫が必要となる。
In addition, packages for sealing integrated circuits (hereinafter abbreviated as ICs) have been miniaturized, and packages corresponding to surface mounting have come to be used in many cases. In particular, ICs mounted on a power converter inside a motor are increasingly used in the above-described surface mount packages because of the demand for miniaturization (for example,
しかしながら、上記特許文献1で示される電力変換装置は、電力変換回路の主要な部分を集積したICがリードタイプであるため、基板実装に人的工程が必要であるといった問題点があった。また、プリント基板上のICの配置位置が反ステータ側であるため、回路が厚くなるといった問題点がある。さらに、IC内のインバータ回路が上下短絡故障を起こした場合、破損するICの高圧電源端子とその周辺の基板銅箔が反ステータ側に設けられているため、IC破壊の影響がモータ外部に及ばないよう反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を大きく取る必要があり、モータが大型化するという問題があった。 However, the power conversion device disclosed in Patent Document 1 has a problem in that a human process is required for board mounting because an IC in which main parts of the power conversion circuit are integrated is a lead type. In addition, since the IC is disposed on the printed circuit board on the side opposite to the stator, there is a problem that the circuit becomes thick. Furthermore, when the inverter circuit in the IC causes a vertical short-circuit failure, the IC high voltage power supply terminal and the surrounding substrate copper foil are provided on the side opposite to the stator, so that the influence of the IC breakdown affects the outside of the motor. There is a problem that it is necessary to increase the thickness of the mold resin on the side opposite to the stator so that the motor becomes larger.
また、上記特許文献2で示される電力変換装置は、ICおよび基板が面実装化され半田面積がかせげないため、リード実装に比べてプリント基板との機械的接続強度が弱くなるという問題があった。また、上記特許文献2で示される電力変換装置では、スイッチングパワー素子の半導体チップが直接プリント基板と機械的に接続されることから、チップ放熱のために樹脂基材を用いたプリント基板ではなく、金属や焼結基材を用いた基板を用いる必要があるため、高価になるという問題があった。また、前記の放熱性の高い基板(金属や焼結基材を用いた基板)では一般的に片面配線となることから、両面基板に比べ配線効率が悪く、基板面積が大きくなるといった問題もある。
Further, the power conversion device disclosed in
一方、スイッチングパワー素子を含む電力変換主回路に面実装ICを用いて、ICパッケージに配置されたヒートスプレッダからプリント基板上の銅箔を介してICの熱を放熱する場合、IC端子からの高圧配線をIC下部およびその周辺に配置することができない。この場合、高圧配線の一部をプリント基板の反ステータ側に引き回す必要があるものの、プリント基板の反ステータ側には基板押さえ用の金型穴が配置されているなどの事情により、高圧配線の配線可能領域は非常に狭くなっている。従って、反ステータ側にしか銅箔のないプリント基板では、高圧配線を配置することができない場合があるという問題がある。 On the other hand, when a surface mount IC is used for the power conversion main circuit including the switching power element and the heat of the IC is radiated from the heat spreader arranged in the IC package via the copper foil on the printed circuit board, the high voltage wiring from the IC terminal Cannot be placed under and around the IC. In this case, it is necessary to route a part of the high-voltage wiring to the anti-stator side of the printed circuit board. However, due to circumstances such as a die hole for holding the board being arranged on the anti-stator side of the printed circuit board, The routable area is very narrow. Accordingly, there is a problem in that a high-voltage wiring may not be arranged on a printed board having a copper foil only on the side opposite to the stator.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制可能な電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to reduce the size of a printed circuit board and incorporate a power conversion device capable of suppressing the thickness of the mold resin on the anti-stator side. An object is to obtain a built-in air conditioner, water heater, and ventilation fan.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置内蔵モータは、外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータへ供給する半導体モジュールが実装された基板を有する電力変換装置を内蔵したモータであって、前記基板のステータと対向する面の反対側面には、この反対側面を押さえる金型により樹脂の金型穴が形成され、前記金型穴が形成された前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されている。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the power conversion device built-in motor of the present invention includes a substrate on which a semiconductor module that converts a voltage of an external power source into a high-frequency voltage and supplies it to a stator is mounted. A motor having a built-in apparatus, wherein a mold hole for resin is formed on a side surface opposite to a surface of the substrate facing the stator by a mold for pressing the opposite side surface, and the substrate having the mold hole formed therein the stator surface facing the one end said the external power supply high voltage input line electrically connected to the high pressure side wiring that is disposed to the other end is the high voltage electrode electrically connected to the semiconductor module .
この発明によれば、プリント基板のステータ側の面に半導体素子等などの部品と高圧配線を実装するようにしたので、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, since components such as semiconductor elements and high-voltage wiring are mounted on the surface of the printed circuit board on the stator side, the printed circuit board can be reduced in size and the thickness of the mold resin on the anti-stator side can be reduced. There is an effect that the thickness can be suppressed.
以下に、本発明に係る電力変換装置内蔵モータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a motor with a built-in power conversion device, an air conditioner, a water heater, and a ventilation fan according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
(電力変換装置60およびモータ61の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置60を内蔵したモータ61の側断面図および上面透視図である。図1の下側には、図1の矢印Aの方向から見たプリント基板1のステータ側の面が示されている。電力変換装置60は、主たる構成として、略1/2円弧状に形成されたプリント基板1と、インバータIC2と、モータ61の各相の入力端子であるモータ端子5と、ロータ16の回転位置を検出するホール素子6と、モータ外部接続リード7と、インバータIC2の過熱状態を検知する過熱検知素子14とを有して構成されている。また、モータ61は、主たる構成として、電力変換装置60と、ステータ3と、ロータ16と、ベアリング9とを有して構成されている。Embodiment 1 FIG.
(Configuration of
FIG. 1 is a side sectional view and a top perspective view of a
モータ61の内部には、モータ61を回転駆動させるための電力変換回路を実装したプリント基板1が内蔵されている。電力変換回路の一部であるインバータIC2は、プリント基板1に実装されている。インバータIC2は、モータ61のステータ3の銅線またはアルミ線等である巻線に電圧を印加するための電圧型インバータの主回路を内蔵している。
Inside the
また、モータ61の内部において、プリント基板1のインバータIC2が実装される側の面には、ステータコア(図示せず)に巻線が巻かれた円環状のステータ3が配置されている。
In the
ステータ3とプリント基板1は、不飽和ポリエステル等の熱硬化性モールド樹脂4によって機械的に接続されている。プリント基板1の反ステータ側の面には、このモールド樹脂4によって、ベアリングハウジング9aを構成するモータ61の外形が形成されている。
The
モールド樹脂4内のステータ3とプリント基板1の位置関係を正しく保つため、プリント基板1の反ステータ側の面は、符号100で示される位置に当接する金型(図示せず)で押さえられ、かつ、プリント基板1のステータ側の面は、スタータ3と符号101で示される位置に当接する金型とで押さえられる。より具体的には、プリント基板1の反ステータの面は、内周側と外周側の双方(点線の丸で示される符号100の6箇所)が金型で押さえられる。また、プリント基板1のステータ側の面は、モータ端子5を介してステータ3と機械的に接続がとれているため、プリント基板1の内周側(実線の丸で示される符号101の2箇所)のみが金型で押さえられる。その上で金型に樹脂が流されてモールド樹脂4が成形される。この金型は、モールド樹脂4の成形後に取り除かれるため、符号100、101で示される場所には、プリント基板1が直接露出するような穴が形成される。
In order to correctly maintain the positional relationship between the
プリント基板1とステータ3は、プリント基板1からステータ3への電圧が印加されるように、半田付けによりモータ端子5によって電気的に接続されている。プリント基板1のステータ側の面には、ステータ3に囲われるように配置されたホール素子6が実装されると共に、インバータIC2近傍に過熱検知素子14が設置されている。プリント基板1の反ステータ側の面には、プリント基板1とモータ61の外部とを電気的に接続するため、モータ外部接続リード7が設置されている。このモータ外部接続リード7から外部側には、高圧入力線17および低圧入出力線18が延びている。
The printed circuit board 1 and the
ステータ3の内周部には、モールド樹脂4が充填されず円筒状に中空となっているロータ貫通用穴8が設けられ、このロータ貫通用穴8には、モータ61の回転子であるロータ16が配置されている。プリント基板1の内周側には、ベアリング貫通穴10が形成されている。ベアリング貫通穴10は、ロータ貫通用穴8と連通して、ロータ16の主軸(図示せず)がプリント基板1に対して略垂直方向にモールド樹脂4内をベアリングハウジング9aまで貫通している。ベアリング貫通穴10には、ベアリング9が収納されており、ベアリング9の内輪(図示せず)には、ロータ16の主軸(図示せず)が貫設されている。
A
インバータIC2は、主たる構成としてヒートスプレッダ13、高圧電極11、および低圧電極12を有して構成されている。インバータIC2のデュアルインライン電極を形成する一方の電極(高圧電極11)は、インバータIC2に複数(図1では一例として3つ)設けられている。高圧電極11は、モータ61の外部で商用電源が全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧を入力する。インバータIC2では、この高圧直流電圧が高周波電圧に変換され、高圧電極11は、この高周波電圧をモータ端子5へ出力する。なお、これらの高圧電極11は、プリント基板1上の配線(モータ出力配線105)が短くなるようにモータ端子5の設置位置を考慮して、例えば図1に示されるようにインバータIC2とプリント基板1の外周側との間に設けられている。
The inverter IC2 includes a
高圧入力線17は、モータ外部接続リード7を介して、プリント基板1のステータ側の面に設けられた銅箔である高圧直流入力配線104と電気的に接続されている。高圧直流入力配線104の一端は、半田によって高圧入力線17と電気的に接続され、高圧直流入力配線104の他端は、インバータIC2に設けられた高圧電極11と半田によって電気的に接続されている。高圧直流入力配線104と近接してプリント基板1の反ステータ側の面に設けられた銅箔であるモータ出力配線105(インバータIC2の高圧電極11からモータ端子5にいたる鎖線)は、反ステータ側にてモータ端子5と半田によって電気的に接続されている。また、高圧直流入力配線104と近接してプリント基板1のステータ側の面に設けられた銅箔50(インバータIC2の高圧電極11からモータ端子5にいたる実線)は、ステータ側にてモータ端子5と半田によって電気的に接続されている。図1に示されるインバータIC2の高圧電極11は、プリント基板1の外周側に設けられているため、高圧直流入力配線104は、インバータIC2とプリント基板1の外周との間を基点として、プリント基板1の外周側に沿って配設され、インバータIC2の高圧電極11に接続されている。このように高圧直流入力配線104を設けることによって、インバータIC2に設けられたヒートスプレッダ13やプリント基板1上の過熱検知素子14などと干渉することなくインバータIC2へ高圧直流電源を供給することが可能である。
The high
(インバータIC2の構成)
図2は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置60に実装されたインバータIC2の構成図である。図2には、インバータIC2の構成要素であるICパッケージ23、金属リードフレーム22、ボンディングワイヤ21、ヒートスプレッダ13、高圧電極11、および低圧電極12が示されている。ICチップ20、ボンディングワイヤ21、および金属リードフレーム22は、高熱伝導性の樹脂であるICパッケージ23によって覆われている。ICチップ20は、シリコンまたはSiC等のワイドバンドギャップ半導体によって構成されている。このボンディングワイヤ21は、金、銅もしくはアルミ等の金属線材で構成され、超音波溶融によって、その一端がICチップ20上の金属電極(後述するアルミ配線25)と電気的に接続され、その他端が金属リードフレーム22と電気的に接続されている。ICチップ20は、熱を効率的に放出するために板厚が厚く形成されたヒートスプレッダ13上に設けられ、半田付けまたは銀ペーストによって、ヒートスプレッダ13と熱的および機械的に接続されている。(Configuration of inverter IC2)
FIG. 2 is a configuration diagram of the inverter IC2 mounted on the
インバータIC2では、ICチップ20がヒートスプレッダ13にマウントされているため、ICチップ20からの発熱のうち過渡的な発熱に関しては、ヒートスプレッダ13に蓄熱されてICチップ20の過渡的な温度上昇が抑制される。また、インバータIC2では、ICチップ20とヒートスプレッダ13が金属リードフレーム22に近接配置され、さらにICチップ20がICパッケージ23と熱的および機械的に接続されている。そのため、ICチップ20からの発熱のうち定常的な発熱に関しては、金属リードフレーム22を介して高圧電極11および低圧電極12からICチップ20の外部に放熱され、さらにICパッケージ23を介してICチップ20の外部に放熱される。
In the inverter IC2, since the
(ICチップ20の構成)
図3は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置60のインバータIC2におけるICチップ20の構造図である。ICチップ20には、スイッチング素子を構成する複数の半導体素子が設けられ、各半導体素子の上部には、半導体素子と外部電極(図2に示される金属リードフレーム22など)との電気的接続を得るためのアルミ配線25が複数設けられている。これらのアルミ配線25は、前述した金属リードフレーム22と電気的に接続される。ICチップ20上には、各アルミ配線25同士の絶縁をとるための絶縁性能の高い酸化シリコン膜26が形成されている。そのため、実施の形態1に係るICチップ20は、一般的なIC、すなわち複数の半導体素子を各々金属リードフレーム22に配置してボンディングワイヤ21によって各半導体素子間の電気的接続をとるICと比較して、アルミ配線25の配置に自由度がある。また、ICチップ20を用いることによって、非常に小さいスペースで高圧電極11と低圧電極12とを分離して設けることが可能である。(Configuration of IC chip 20)
FIG. 3 is a structural diagram of the
また、ICチップ20には、半導体素子を構成する複数の半導体単結晶島27とその周囲を覆う多結晶シリコン28との電気的絶縁をとるため、絶縁性の高い絶縁分離層29(例えば酸化シリコン)が形成されている。多結晶シリコン28は、前述したヒートスプレッダ13と熱的および機械的に接続されている。絶縁分離層29は、例えば薄膜でも絶縁性能が充分確保できる酸化シリコン(SiO2)によって構成されている。Further, the
このようにICチップ20は、絶縁性の高い絶縁分離層29を設けることによって半導体単結晶島27を同一チップ上に島状に分離して配置することができ、高圧絶縁が必要なスイッチング素子を混載することができる。また、ICチップ20は、一般的なIC、すなわち複数の半導体素子を所定の絶縁距離をとりながら配置してこれらの半導体素子を各々金属リードフレーム22に実装して成るICと比較して、小型化を図ることができるため、インバータIC2本体を小型化することができる。さらに、ICチップ20では、低圧の回路も同一チップ上に構成できることから、外部に制御用低圧チップまたは高低圧分離のためのチップが不要となり、また、それらを金属リードフレーム22およびプリント基板1上の配線によって電気的に接続させる必要がない。これにより、電力変換回路、延いては、電力変換装置60全体を著しく小さくすることができる。
As described above, the
図4は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置60のインバータICにおけるICチップ20周辺の回路構成図である。高圧直流電源38は、モータ61の外部で商用電源が全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧であり、この電圧は、ICチップ20に入力される。IGBT34は、前述したICチップ20の半導体単結晶島27に形成されたスイッチング素子であり、上アーム駆動回路35aおよび下アーム駆動回路35bによってON/OFF駆動され、入力された直流電圧を高周波電圧に変換する。なお、図4に示される6つのIGBT34にはそれぞれ還流ダイオードが逆並列に接続されている。IGBT34からの高周波電圧は、高圧電極11からモータ端子5を介して、ステータ3の巻線に印加される。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram around the
ホール素子6で検出されたロータ16の回転位置信号は、ICチップ20内部のロジック回路によって、低圧のパルス信号に変換され、回転数出力線31から外部に出力される。また、ICチップ20は、出力電圧指令入力線32を介して外部から入力される低圧のアナログ信号電圧に基づいて、前述した6個のIGBT34のスイッチングパルス幅を変化させてインバータの出力電圧を調整する。このとき、6個のIGBT34によって構成されるインバータのうち、上アームのIGBT34を駆動させる上アーム駆動回路35aの電源は、チャージポンプダイオード33並びに外部コンデンサーC1およびC2によって生成される。また、モータ端子5(図1参照)と接続されるステータ3の巻線の反対側は、中性点結線39によって電気的に接続され、スター結線モータを形成する。
The rotation position signal of the
過熱検知素子14には、温度に対する抵抗特性が急峻な正特性の温度抵抗素子が用いられ、過熱検知素子14は、検出した温度を抵抗値に変換する。この抵抗値は、過電流保護端子RSに入力される。過熱検知素子14は、過電流保護レベルに温度特性を持たせることによって、インバータIC2の過熱状態を検知して、インバータIC2およびステータ3が過熱状態になったことを検出する。この場合、インバータIC2は、高圧電極11を介してステータ3に供給される電流を制限または停止して、過熱によるインバータIC2等の破壊を防止する。
A positive temperature resistance element having a steep resistance characteristic with respect to temperature is used as the
ここで、過熱検知素子14は、セラミック材料で構成されているため、熱導電性樹脂でパッケージされたICチップ20上に設けることができない。半導体を用いた過熱検知素子14をICチップ20上に設けることも考えられるが、半導体を用いた素子は、温度特性が悪く、ばらつきもある。そのため、この特性を考慮した場合、保護レベルの設計値を低めに設定しなければならず、このような低い設計値が設定されたモータ61の出力範囲は、従来の構成と比較して著しく狭くなる。さらに、実施の形態1に係るインバータIC2は、プリント基板1のステータ側の面に配置されているため、プリント基板1の反ステータ側の面に配置されている場合に比べて、銅損および鉄損を有する発熱源であるステータ3からの熱を受けやすく温度的に不利である。
Here, since the
そこで、実施の形態1に係る過熱検知素子14は、インバータIC2におけるIGBT34の熱的に強い接続をもつヒートスプレッダ13に近接配置されている。また、過熱検知素子14は、後述する銅箔50を介して低圧電極12と電気的および熱的に接続される。この低圧電極12である金属リードフレーム22は、前述したようにボンディングワイヤ21によってICチップ20と電気的および熱的に接続される。また、過熱検知素子14は、熱抵抗が低いモールド樹脂4によってインバータIC2と熱的に接続される(図1参照)。このように構成することによって、過熱検知素子14は、回路損失のほとんどを発生し過熱による破壊に至る可能性の最も高いIGBT34の温度を、精度良く検出することが可能となる。
Therefore, the
また、インバータを構成する6個のIGBT34は、同一のシリコンチップであるICチップ20上に絶縁分離層29に隔てられた態様で島状に配置され、さらに、このICチップ20は、ヒートスプレッダ13と強い熱的接続を有する。そのため、ICチップ20上の各IGBT34の発熱にばらつきが生じた場合でも、各IGBT34は、同一固体上にあるためほぼ同一の温度となり、各IGBT34の温度分布が平滑化される。
In addition, the six IGBTs 34 constituting the inverter are arranged in an island shape on the
また、上記の構成によって、各IGBT34が別チップで構成される場合における各IGBT34間の温度分布のばらつきによる温度検知性能の劣化を回避することができる。さらに、各IGBT34における温度のばらつきを検知するために複数の過熱検知素子14を配置する必要がなく、コストを低減することができる。
In addition, with the above-described configuration, it is possible to avoid deterioration in temperature detection performance due to variations in temperature distribution between the IGBTs 34 when the IGBTs 34 are configured as separate chips. Furthermore, it is not necessary to arrange a plurality of
このように、過熱検知素子14の温度検知性能の向上によって、インバータIC2は、プリント基板1上においてステータ側に配置されることによる周囲温度の上昇で招来するモータ61の運転範囲の低下を抑制することができる。特に、インバータIC2のような1チップICでは、単体のIGBT(例えば600V耐圧クラスで1.6V)よりもON電圧が高く(同2.0V)定常損失が大きいことから、IGBTの温度上昇による破壊防止のための運転範囲制限によるモータの出力低下をカバーすることができるという上記効果は大きい。
Thus, by improving the temperature detection performance of the
なお、IGBT34を構成する半導体単結晶島27は、GaN(窒化ガリウム)、SiC(シリコンカーバイド)、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体によって構成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性および耐電圧が高く、許容電流密度も高いので、ICチップ20上に成形されるIGBT34を小型化することができ、インバータIC2の小型化を図ることができる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、電力損失が小さいため、高効率に動作が可能なIGBT34を構成することができる。
The semiconductor
(電力変換装置60におけるプリント基板1上の各素子の配置構成)
図5は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置60の断面図である。図5に示される銅箔50は、プリント基板1上の回路配線パターン、または、プリント基板1と部品とを半田により電気的、熱的、および機械的に接続させるためのランドによって形成されている。プリント基板1のステータ側の面には、銅箔50を介してホール素子6、過熱検知素子14、およびインバータIC2が配置されている。インバータIC2は、高圧電極11および低圧電極12を介して半田によって銅箔50に接続されている。また、過熱検知素子14は、この銅箔50を介して低圧電極12と電気的および熱的に接続されている。(Arrangement configuration of each element on the printed circuit board 1 in the power conversion device 60)
FIG. 5 is a cross-sectional view of
スルーホール51は、プリント基板1のステータ側の面から反ステータ側の面に貫通する穴である。この穴の表面にはメッキが施され、プリント基板1のステータ側の面における銅箔50とプリント基板1の反ステータ側の面における銅箔50とは、スルーホール51に施されたメッキによって電気的および熱的に接続されている。
The through
モータ端子5は、スルーホール51を通じてプリント基板1のステータ側の面から反ステータ側の面に貫設されている。モータ端子5は、プリント基板1の反ステータ側の面に設けられた銅箔50から糸状の半田を溶融し、スルーホール51を介してステータ側の銅箔50と電気的に接続されている。このステータ側の銅箔50は、インバータIC2の高圧電極11と接続されるため、モータ端子5は、高圧電極11と電気的に接続される。
The
高圧入力線17は、プリント基板1のステータ側の面に設けられた高圧直流入力配線104の一端と半田によって電気的に接続されている。高圧直流入力配線104の他端は、インバータIC2に設けられた高圧電極11と半田によって電気的に接続されている。なお、プリント基板1のステータ側の面において、モータ端子5の周囲に示される高圧直流入力配線104と銅箔50は、図示の関係上、一つの高圧電極11に接続されているように表されているが、高圧直流入力配線104と銅箔50は、各々別の高圧電極11に接続されているものとする。
The high
モータ外部接続リード7は、外部電源(高圧直流電圧など)とインバータIC2とを電気的に接続するため、プリント基板1の反ステータ側の面に、コネクタ式ではなくリード線式として実装されている。例えばモータ61が空気調和機等に搭載された場合、モータ61の外郭に水分が付着する可能性がある。モータ外部接続リード7がコネクタ式の場合、この水分がコネクタ内の高低圧電極間に付着した際、これらの電極がショートする可能性がある。モータ外部接続リード7がリード線式の場合、このようなショートを回避することができ、モータ61の信頼性を確保することができる。
The motor
ヒートスプレッダ13は、高圧電極11および低圧電極12と同様に、銅箔50と半田によって電気的、熱的、および機械的に接続されている。さらに、ヒートスプレッダ13は、スルーホール51に施された銅箔50を介して、プリント基板1の反ステータ側の面に設けられた銅箔50と熱的に接続されている。ここで、面実装のインバータIC2は、そのパッケージサイズがホール素子6および過熱検知素子14と比較して大きいことから、周囲のモールド樹脂4の成形時および成形後の熱収縮応力を大きく受けて半田切れが発生しやすい。しかしながら、ヒートスプレッダ13を半田によって銅箔50と機械的に強く接続することによって、インバータIC2は、モールド樹脂4の熱収縮応力の影響を受け難くなる。従って、実施の形態1に係るインバータIC2は、通常の回路電極(高圧電極11および低圧電極12等)のみの半田によって接続されるICと比べて、プリント基板1との機械的接続強度が飛躍的に向上し、半田切れが軽減する。その結果、モールド樹脂4で成形されたモータ61に電力変換装置60を内蔵させることが可能となる。
Similarly to the
また、ヒートスプレッダ13は、プリント基板1のステータ側の面において銅箔50と半田によって熱的に接続され、さらに、スルーホール51を介して反ステータ側の銅箔50にも熱的に接続されている。これにより、インバータIC2で発生した熱をプリント基板1の反ステータ側に放熱することができる。
Further, the
また、ホール素子6が配設されたプリント基板1のステータ側の面には、過熱検知素子14およびインバータIC2が面実装されている。このように、プリント基板1のステータ側の面に部品を面実装することによって、これらの部品は、銅箔50に塗布されたクリーム半田の再溶融による接続(リフロー半田)で、一度に電気的および機械的に接続可能である。また、プリント基板1のステータ側の面に部品を面実装することによって、プリント基板1の分割後(図6で詳説する)に半田を施す必要があるモータ外部接続リード7およびモータ端子5の接続用ランドに、半田を塗布しないこと(メタルマスクで半田の塗布を防ぐこと)が可能となる。
Further, the
また、過熱検知素子14の温度検知性能の向上によって、プリント基板1の実装部品のうち、もっとも厚さのあるヒートスプレッダ13を伴ったインバータIC2を、ステータ側のプリント基板上に面実装させることが可能である。これによって、プリント基板1の反ステータ側の面におけるモールド空間に余裕ができるので、その余裕分だけステータ3を厚くして出力の大きいモータ61を得ることができ、あるいは、その余裕分を薄肉化することによって同一出力で薄型のコンパクトなモータ61を得ることができる。
Further, by improving the temperature detection performance of the
なお、上記説明では、プリント基板1に対して、ホール素子6、過熱検知素子14、およびインバータIC2等の面実装部品を、リフロー半田によって半田付けする例を説明したが、フロー半田(はんだ槽の上にプリント基板1を流して部品と基板の接合部に半田付けを行なう手法)によって実装するものとしてもよい。
In the above description, an example in which surface mounting components such as the
(プリント基板1の材料取りについて)
図6は、本発明の実施の形態1に係るプリント基板1を1枚の基板から複数枚取り出すときにおけるメリットを説明するための図であり、図6には、一例として1枚の基板上に、実施の形態1に係るプリント基板1を成形した例が示されている。(About material removal of printed circuit board 1)
FIG. 6 is a diagram for explaining the merits when a plurality of printed circuit boards 1 according to Embodiment 1 of the present invention are taken out from a single circuit board. FIG. 6 shows an example on one circuit board. The example which shape | molded the printed circuit board 1 which concerns on Embodiment 1 is shown.
実施の形態1に係るプリント基板1は、ステータ3の中性点結線39(図4参照)を実装しないこと、および、1チップ半導体であるICチップ20上に複数の高圧素子が集積されたインバータIC2を用いることによって、そのパッケージを小型化している。これによって、断面積が1/2以下となる半円弧状のプリント基板1を形成することができる。このとき、プリント基板1の内径部は、ベアリング(図示せず)を設けることができるよう、半円弧状に形成されている。
The printed circuit board 1 according to the first embodiment is such that the neutral point connection 39 (see FIG. 4) of the
従来のプリント基板は、円環状に形成されているため、プリント基板の内周部(ベアリング直径に相当する部分)にインバータIC2などの部品を配設することができない。従って、プリント基板の内周部は廃棄されていた。これに対し、実施の形態1に係るプリント基板1は、プリント基板1の内径部が半円弧状に形成されている。そのため、1枚の基板に複数のプリント基板1を成形する場合、各プリント基板1の内径部を対向させ、かつ、内径部の円弧中心を互いにオフセットさせて配置することによって、プリント基板1のプリント基板1の内周部が有効活用できる。換言すれば、1枚の基板に複数のプリント基板1を高密度で成形することができ、プリント基板1を成形するための基板の利用効率を向上させることができる。 Since the conventional printed circuit board is formed in an annular shape, components such as the inverter IC2 cannot be disposed on the inner peripheral part (the part corresponding to the bearing diameter) of the printed circuit board. Therefore, the inner peripheral part of the printed circuit board has been discarded. On the other hand, in the printed circuit board 1 according to Embodiment 1, the inner diameter portion of the printed circuit board 1 is formed in a semicircular arc shape. Therefore, when forming a plurality of printed circuit boards 1 on a single substrate, the printed circuit board 1 is printed by arranging the printed circuit boards 1 so that the inner diameter portions of the printed circuit boards 1 face each other and the arc centers of the inner diameter portions are offset from each other. The inner periphery of the substrate 1 can be used effectively. In other words, a plurality of printed circuit boards 1 can be formed at a high density on a single substrate, and the utilization efficiency of the substrate for forming the printed circuit board 1 can be improved.
また、従来のプリント基板は、プリント基板の内周部が円環状に形成されているため、フロー半田を用いてこのプリント基板に電子部品を接続させるとき、半田槽の半田がこの貫通部を通して吹き上がる。この吹き上がりを防止するためには、フロー半田工程前に貫通部を塞ぐための板を施す工程が必要であり、また半田工程後にはこの板を外す工程も必要となる。これに対し、実施の形態1に係るプリント基板1は、円環状の内周部ではなく半円弧状の内径部を有するため、フロー半田により半田付けする場合、前述の工程を削減することができ、安価に製造することが可能である。 In addition, since the inner periphery of a conventional printed circuit board is formed in an annular shape, when an electronic component is connected to the printed circuit board using flow solder, the solder in the solder bath is blown through the through part. Go up. In order to prevent this blow-up, a step of applying a plate for closing the through portion is required before the flow soldering step, and a step of removing this plate is also required after the soldering step. On the other hand, since the printed circuit board 1 according to the first embodiment has a semicircular inner diameter portion instead of an annular inner peripheral portion, the aforementioned steps can be reduced when soldering by flow soldering. It can be manufactured at low cost.
実施の形態1に係るプリント基板1では、インバータIC2の背面(すなわちインバータIC2とプリント基板1との間)に配設されたヒートスプレッダ13が銅箔50と接続され、その近傍に過熱検知素子14が配設されているため、前記のようなさまざまな効果を得られる。ただし、このように構成した場合、インバータIC2とプリント基板1との間や、インバータIC2の周辺に別の配線用プリント基板銅箔(例えば図1に示される高圧直流入力配線104)を配置することができない。そのため、この高圧直流入力配線104をプリント基板1の反ステータ側の面に引き回す必要がある。ただし、プリント基板1の反ステータ側の面には、基板押さえ用の金型穴(図1の符号100参照)が配置されているため、高圧直流入力配線104の配線可能領域が非常に狭くなっている。従って、反ステータ側にしか銅箔50のないプリント基板1では高圧直流入力配線104を実現することができず、たとえ反ステータ側に僅かな銅箔50が存在する場合でも、この僅かな銅箔50では高圧直流入力配線104を実現することができない。
In the printed circuit board 1 according to the first embodiment, the
一方、異電圧投入等の異常時に、インバータIC2が上下短絡状態となった場合、短絡電流による温度上昇によって、直流電源配線の高圧側でもっとも細い導電体となるボンディングワイヤ21(図2参照)が一般的に溶断破壊する。また、溶断時の発熱によって、ボンディングワイヤ21と近接するICチップ20や金属リードフレーム22も溶融破壊する。実施の形態1に係るプリント基板1における面実装品パッケージによれば、インバータIC2の金属リードフレーム22が従来のリードタイプに比べ短いため、溶融破壊が低圧電極12および高圧電極11を介して銅箔50にも及ぶ。
On the other hand, when the inverter IC2 is in an up-and-down short-circuit state due to an abnormality such as when a different voltage is applied, the bonding wire 21 (see FIG. 2) that is the thinnest conductor on the high-voltage side of the DC power supply wiring is caused by the temperature rise due to the short-circuit current Generally blown out. Further, the
実施の形態1に係るプリント基板1では、高圧電極11からのモータ出力配線105(図1参照)を反ステータ側に迂回させることによって、プリント基板1のステータ側の面に配線スペースが設けられ、この配線スペースに高圧直流入力配線104が設けられている。そのため、プリント基板1の反ステータ側の面に高圧直流入力配線104を通した場合に比べて、金型穴(100)と高圧直流入力配線104との間の距離を多くとることができる。従って、高圧直流入力配線104が溶融した時の影響を抑えるための樹脂肉厚(モールド樹脂4の肉厚)を薄くすることができる。その結果、モータ61の軽量化および小型化を図ることが可能である。高圧直流入力配線104が溶融した時の影響とは、例えば、短絡電流により生じる音や光がプリント基板1の反ステータ側で生じることによって使用者に不安感を与えること等である。
In the printed circuit board 1 according to the first embodiment, by diverting the motor output wiring 105 (see FIG. 1) from the
なお、金型穴(100)を成形後に、この金型穴を塞いだ場合でも同様の効果が得られることは言うまでも無いが、実施の形態1に係るプリント基板1によれば、この穴を塞ぐ工程を省くことができる。また、実施の形態1に係るプリント基板1によれば、金型穴(100)が残らない加工方法を用いた場合でも、高圧直流入力配線104からモールド樹脂4の外郭までの間の距離を多くとることができるため、プリント基板1の反ステータ側に設けられた樹脂の肉厚が薄肉化され、モータ自体を薄くすることができる。
Needless to say, the same effect can be obtained even if the mold hole is closed after the mold hole (100) is molded. According to the printed circuit board 1 according to the first embodiment, this hole is used. It is possible to omit the process of closing the door. Further, according to the printed circuit board 1 according to the first embodiment, even when a processing method that does not leave the mold hole (100) is used, the distance between the high-voltage
(実施の形態1の効果)
実施の形態1に係るインバータIC2では、ICチップ20がヒートスプレッダ13にマウントされているため、ICチップ20からの発熱のうち過渡的な発熱に関しては、ヒートスプレッダ13に蓄熱されてICチップ20の過渡的な温度上昇が抑制される。(Effect of Embodiment 1)
In the
また、インバータIC2では、ICチップ20とヒートスプレッダ13が金属リードフレーム22に近接配置され、さらにICチップ20がICパッケージ23と熱的および機械的に接続されている。そのため、ICチップ20からの発熱のうち定常的な発熱に関しては、金属リードフレーム22を介して高圧電極11および低圧電極12からICチップ20の外部に放熱され、さらにICパッケージ23を介してICチップ20の外部に放熱される。
In the
実施の形態1に係るICチップ20は、絶縁性の高い絶縁分離層29を設けることによって、複数の半導体単結晶島27を同一チップ上に、島状に分離して配置することができ、高圧絶縁が必要なスイッチング素子を混載することができる。
The
また、ICチップ20は、一般的なIC、すなわち複数の半導体素子を所定の絶縁距離をとりながら配置してこれらの半導体素子を各々金属リードフレーム22に実装して成るICと比較して、小型化を図ることができるため、インバータIC2本体を小型化することができる。
The
また、ICチップ20は、低圧の回路も同一チップ上に構成できることから、外部に制御用低圧チップまたは高低圧分離のためのチップが不要となり、また、それらのチップを金属リードフレーム等によって電気的に接続させる必要がない。これにより、電力変換回路、延いては、電力変換装置60全体を著しく小さくすることができる。
Further, since the
また、ICチップ20は、一般的なIC、すなわち複数の半導体素子を各々金属リードフレーム22に配置してボンディングワイヤ21によって各半導体素子間の電気的接続をとるICと比較して、アルミ配線25の配置に自由度を持たせることができる。また、ICチップ20を用いることによって、非常に小さいスペースで高圧電極11と低圧電極12とを分離して設けることが可能である。
Further, the
また、実施の形態1に係る過熱検知素子14は、インバータIC2におけるIGBT34の熱的に強い接続をもつヒートスプレッダ13に、近接配置されている。また、過熱検知素子14は、銅箔50を介して低圧電極12と電気的および熱的に接続される。従って、過熱検知素子14は、IGBT34の温度を、精度良く検出することが可能となる。
Further, the
また、過熱検知素子14の温度検知性能の向上によって、インバータIC2は、プリント基板1のステータ側の面に配置されることに起因する温度上昇に伴うモータ61の運転範囲の低下を抑制することができる。
Further, by improving the temperature detection performance of the
また、インバータを構成する6個のIGBT34は、同一のシリコンチップであるICチップ20上に絶縁分離層29に隔てられた態様で島状に配置され、さらに、このICチップ20は、ヒートスプレッダ13と強い熱的接続を有する。そのため、ICチップ20上の各IGBT34の発熱にばらつきが生じた場合でも、各IGBT34は、同一固体上にあるためほぼ同一の温度となり、各IGBT34の温度分布が平滑化される。
In addition, the six IGBTs 34 constituting the inverter are arranged in an island shape on the
また、上記の構成によって、各IGBT34が別チップで構成される場合における各IGBT34間の温度分布のばらつきによる温度検知性能の劣化を回避することができる。 In addition, with the above-described configuration, it is possible to avoid deterioration in temperature detection performance due to variations in temperature distribution between the IGBTs 34 when the IGBTs 34 are configured as separate chips.
さらに、各IGBT34における温度のばらつきを検知するために複数の過熱検知素子14を配置する必要もなく、コストを低減することができる。
Furthermore, it is not necessary to arrange a plurality of
モータ外部接続リード7は、プリント基板1の反ステータ側の面にリード線式で実装されているので、モータ61の外郭に水分が付着した場合における高低圧電極間のショートを回避することができ、モータ61の信頼性を確保することができる。
Since the motor
インバータIC2は、ヒートスプレッダ13が半田により銅箔50と機械的に強く接続されているため、通常の回路電極のみの半田による接続と比較して、プリント基板1との機械的接続強度を飛躍的に向上させることができる。これによって、モールド樹脂4で成形されたモータ61に電力変換装置60を内蔵させることが可能となる。
In the
また、ヒートスプレッダ13は、プリント基板1のステータ側の面において銅箔50と半田によって熱的に接続され、さらに、スルーホール51を介して反ステータ側の銅箔50にも熱的に接続されている。これにより、インバータIC2で発生した熱をプリント基板1の反ステータ側に放熱することができる。
Further, the
また、インバータIC2がプリント基板1のステータ側の面に配置されることによって、ヒートスプレッダ13がベアリング9から遠い位置に配置されるため、電食現象が発生しにくいモータ61を得ることができる。
In addition, since the
また、プリント基板1のステータ側の面に部品を面実装することによって、リフロー半田で一度に電気的および機械的に接続させることができる。また、プリント基板1のステータ側の面に部品を面実装することによって、プリント基板1の分割後に半田を施す必要があるモータ外部接続リード7およびモータ端子5の接続用ランドには、メタルマスクを用いることで半田を塗布させないことが可能となる。また、半田の再溶融時に、その半田によってスルーホール51が埋まってしまうことがなく、また、そのために別途スルーホール51が半田によって埋まってしまわないようなマスキングテープの貼り付け工程および剥がし工程を削減できるという利点がある。このように、プリント基板1のステータ側の面に部品を面実装することによって、基板上における半導体素子等の半田付け作業が容易化され、加工費を削減することができ、かつ、基板と半導体素子等との機械的接続強度を飛躍的に向上させることができる。
Further, by mounting components on the surface of the printed circuit board 1 on the stator side, it is possible to make electrical and mechanical connection at once by reflow soldering. Further, by mounting components on the surface of the stator of the printed circuit board 1, a metal mask is applied to the motor external connection leads 7 and the connection lands for the
また、過熱検知素子14の温度検知性能の向上によって、ヒートスプレッダ13を伴ったインバータIC2を、プリント基板1のステータ側の面に面実装させることが可能である。これによって、プリント基板1の反ステータ側の面におけるモールド空間に余裕ができるので、その余裕分だけステータ3を厚くして出力の大きいモータ61を得ることができ、あるいは、その余裕分を薄肉化することによって同一出力で薄型のコンパクトなモータ61を得ることができる。
In addition, by improving the temperature detection performance of the
また、実施の形態1に係るプリント基板1は、ステータ3における中性点結線39(図4参照)を実装しないこと、および、1チップ半導体であるICチップ20上に複数の高圧素子が集積されたインバータIC2を用いることによって、そのパッケージを小型化している。これによって、断面積が1/2以下となる半円弧状のプリント基板1を形成することができる。
Further, in the printed circuit board 1 according to the first embodiment, the neutral point connection 39 (see FIG. 4) in the
また、プリント基板1は、その内径部が半円弧状に形成されているため、1枚の基板に複数のプリント基板1を成形する場合、各プリント基板1の内径部を対向させ、かつ、内径部の円弧中心を互いにオフセットさせて配置することによって、プリント基板1を成形するための基板の利用効率を向上させることができる。 Moreover, since the printed circuit board 1 has an inner diameter portion formed in a semicircular arc shape, when forming a plurality of printed circuit boards 1 on a single substrate, the inner diameter portions of the respective printed circuit boards 1 are opposed to each other, and By arranging the circular arc centers of the portions to be offset from each other, it is possible to improve the utilization efficiency of the substrate for forming the printed circuit board 1.
また、実施の形態1に係るモータ61は、外部電源の電圧を高周波電圧に変換してステータ3へ供給する半導体モジュール(インバータIC2)が実装されたプリント基板1を有する電力変換装置60を内蔵したモータ61であって、プリント基板1のステータ3と対向する面には、一端が外部電源の高圧入力線17と電気的に接続され、他端がインバータIC2の高圧電極11と電気的に接続される高圧側配線104が配設されているので、プリント基板1の反ステータ側の面に高圧直流入力配線104を通した場合に比べて、金型穴(100)と高圧直流入力配線104との間の距離を多くとることができる。従って、高圧直流入力配線104が溶融した時の影響を抑えるための樹脂肉厚(モールド樹脂4の肉厚)を少なくすることができる。その結果、モータ61の軽量化および小型化を図ることが可能である。
In addition, the
実施の形態2.
(空気調和機200の構成)
図7は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機200の全体外観図であり、図8は、同空気調和機200における室内機70の横断面図である。
(Configuration of air conditioner 200)
FIG. 7 is an overall external view of the
図7で示される空気調和機200において、室内の壁に掛けられた室内機70は、冷媒配管90を介して、屋外に設置された室外機80に接続されている。また、室内機70には、後述する室内送風機71が内蔵されており、室外機80には、室外送風機81が設置されている。
In the
図8において、室内機70は、主たる構成として、室内機70の上面に備えられた吸込口73と、室内熱交換器72と、室内送風機71と、吹出風路74と、吹出口75とを有して構成されている。室内熱交換器72は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内送風機71は、吸込口73からの室内空気を吸込み、この空気を室内熱交換器72を通過させて熱交換した調和空気とした上で室内に吹出す。室内熱交換器72は、室内機70の背面上部から前面中段付近に延設され、かつ、室内機70の前面中段付近から前面下部に向けて折り曲げられ、室内送風機71の前面側を囲うように設置されている。室内送風機71は、室内機70の長手方向に延びる態様で回転可能に設けられたラインフローファンである。そして、室内送風機71の長手方向の端部には、室内送風機71を回転駆動させるために、実施の形態1に係る電力変換装置60が内蔵されたモータ61(図1参照)が連結されている。また、室内送風機71の下部には、調和空気が流通する吹出風路74が形成されている。吹出口75は、その吹出風路74を流通してきた調和空気を外部に排出するために、室内機70の下部に設けられている。
In FIG. 8, the
(空気調和機200の室内機70の基本動作)
次に、室内機70の基本的な動作について説明する。使用者がリモコン等を操作することによって空気調和機200の運転が開始されたとき、室内送風機71に連結されたモータ61が回転駆動し、その回転に連動して室内送風機71が回転駆動する。この室内送風機71の回転によって室内空気が吸込口73から吸い込まれる。吸い込まれた室内空気は、室内送風機71の連続的な回転によってさらに室内熱交換器72を通過し、この室内熱交換器72内部を流通する冷媒と熱交換される。室内熱交換器72は、空気調和機200が冷房運転を実施している場合には蒸発器として機能し、室内熱交換器72の内部の冷媒が蒸発するため、通過する室内空気は冷却される。一方、空気調和機200が暖房運転を実施している場合、室内熱交換器72は、凝縮器として機能し、通過する室内空気は加熱される。このように、室内機70に吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器72を通過する際に、室内熱交換器72によって熱交換され、使用者が要求する調和空気となる。室内熱交換器72を通過した調和空気は、室内送風機71の連続的な回転によって、吹出風路74を通過して吹出口75から室内に吹き出される。また、この室内送風機71に連結されたモータ61の回転数が変化することによって、吹き出される調和空気の風量が調整される。(Basic operation of the
Next, the basic operation of the
(実施の形態2の効果)
以上に説明したように、実施の形態2に係る空気調和機200は、室内送風機71へ実施の形態1に係る電力変換装置60を内蔵しモータ61を搭載することによって、モータ61が小型化された分だけ室内熱交換器72のサイズを大きくすることができる。また、実施の形態2係る空気調和機200は、異電圧投入等の異常時にモータ外部への影響を抑えるための樹脂が薄肉化されるため、小型化と軽量化を両立でき、省エネ性能が高く、かつ、異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。(Effect of Embodiment 2)
As described above, the
また、実施の形態2に係る空気調和機200は、高出力化された実施の形態1に係るモータ61を搭載した場合(すなわちプリント基板1の反ステータ側の面におけるモールド空間その余裕分だけステータ3を厚くしたモータ61を搭載した場合)、立ち上がり時の熱交換性能を高く取ることができ、短時間で設定温度に到達し、使用者の快適性を向上させるとができる。また、モータ61の高出力化によって風速が上げられるので、室内の温度ムラを解消でき、使用者の快適性をより向上させることができると同時に、異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。
Further, the
なお、上記で説明した図7および図8で示される空気調和機200、特に室内機70の構成は一例であり、これらによってその構成が限定されるものではない。実施の形態2の説明では、実施の形態1に係るモータ61を室内機70の室内送風機71に用いた例に関して説明したが、実施の形態2に係る空気調和機200は、これに限定されるものではなく、室外機80の室外送風機81にモータ61を用いるように構成してもよい。
In addition, the structure of the
また、実施の形態1に係る電力変換装置60は、全波整流あるいは倍電圧整流された高圧直流電圧を高圧直流電源38として用いている。そのため、降圧電源を用いた30V以下の低圧電源を用いた回路内蔵モータと比較して、SiやSiC素子チップ短絡故障の時のワイヤとその周辺の破壊エネルギーは、桁違いに大きい。短絡故障時の高圧配線系の抵抗値をR、直流電源電圧をVとすると、破壊時の発生熱量はV2/Rとなる。短絡故障時の抵抗は、チップ断面積の大きな高圧パワー素子の方が小さくなる方向であり、仮に同じとしても電源電圧は、5〜10倍以上の差があり、破壊のエネルギーは、25〜100倍以上となる。その結果、モータや機器の外部に影響が出やすく、使用者に不安感を与えやすい。そのため、まず、破壊を起こさないことが求められる。万が一素子破壊が発生した場合にも、機器の外部にいる使用者がその影響を認知されないことで、より安心な機器がえられる。実施の形態1に係るプリント基板1は、前述したように、プリント基板1のステータ側の面に高圧直流入力配線104が設けられている。そのため、プリント基板1の反ステータ側の面に高圧直流入力配線104を通した場合に比べて、金型穴(100)と高圧直流入力配線104との間の距離を多くとることができる。従って、実施の形態1に係るモータ61が搭載された空気調和機200は、短絡電流により生じる音や光がプリント基板1の反ステータ側で生じることがなく、使用者に対する異常発生時における使用者への不安感を軽減することができる。Further, the
また、これまでの実施の形態では、インバータの主回路に1チップインバータIC2を用いているが、高圧面実装タイプのマルチチップのインバータIC2およびディスクリート主素子を用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。 In the embodiments described so far, the one-chip inverter IC2 is used as the main circuit of the inverter. However, the same effect can be obtained even when the high-voltage surface-mount type multi-chip inverter IC2 and the discrete main element are used. Needless to say.
また、ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドがある。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。またこれらの素子では、上下短絡時のON抵抗がナローギャップのSi半導体より低いため多く短絡電流が流れ、ワイヤとその周辺の損傷の度合いが大きく、高圧直流入力配線をステータ面に配置した効果がより高くなる。 Examples of the wide band gap semiconductor include silicon carbide, gallium nitride-based materials, and diamond. Switching elements and diode elements formed by such wide band gap semiconductors have high voltage resistance and high allowable current density, so that switching elements and diode elements can be miniaturized. By using elements and diode elements, it is possible to reduce the size of a semiconductor module incorporating these elements. In these elements, since the ON resistance at the time of top and bottom short circuit is lower than that of the narrow gap Si semiconductor, a large amount of short circuit current flows, the degree of damage of the wire and its surroundings is large, and the effect of arranging the high voltage DC input wiring on the stator surface is effective. Get higher.
また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、ヒートスプレッダ13の小型化が可能であり、また、例えば冷却方式を水冷から空冷化することも可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。そのため金属リードフレーム22は、Si素子の場合に比べ短くなることから、ワイヤとその周辺の損傷の度合いが大きく、高圧直流入力配線104をステータ面に配置した効果が高くなる。
In addition, since the wide band gap semiconductor has high heat resistance, the
なお、スイッチング素子やダイオード素子の両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよく、この実施の形態に記載の効果を得ることができる。 Although both the switching element and the diode element are desirably formed of a wide band gap semiconductor, either one of the elements may be formed of a wide band gap semiconductor, and the effect described in this embodiment Can be obtained.
実施の形態1、2において、素子と各金属との熱的、電気的、および機械的接続を半田により行う場合について説明したが、他の金属や導電性樹脂等の素材を用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。 In the first and second embodiments, the case where the thermal, electrical, and mechanical connection between the element and each metal is performed by solder has been described. However, the same applies even when other metal or a material such as conductive resin is used. Needless to say, an effect can be obtained.
また、実施の形態1、2において、プリント基板1に銅箔50を用いた両面スルーホール基板を用いたが、他金属や絶縁素材で構成された基材や、エッチング等により回路を構成しない基板を用いても、両面配線可能であれば同様の効果が得られることはいうまでもない。
In the first and second embodiments, the double-sided through-hole substrate using the
また、実施の形態1、2において、モータ搭載機器として空気調和機について説明したが、モータ61は、換気送風機器に用いてもよい。例えば、室内空気を室外に吹き出す換気送風機器のモータとしてモータ61を用いることにより、機器の薄型化や送風性能の向上等の上述同様の効果が得られることはいうまでもない。送風性能の向上は、浴室やトイレ等において短時間で湿気や臭気を排出したい場合等に特に有効である。
Moreover, in
また、これまでの実施の形態において、モータ搭載機器として空気調和機について説明したが、モータ61は、給湯器に用いてもよい。例えば、冷媒により水を加熱するための給湯器内送風機または給湯器内流体ポンプにモータ61を用いることにより、機器の薄型化や送風性能の向上等の上述同様の効果が得られることはいうまでもない。高温高負荷性能の向上は、モータ周囲温度を高める要因となる高温の湯をポンピングする場合に特に有効である。
Moreover, in the above embodiment, although the air conditioner was demonstrated as a motor mounting apparatus, you may use the
以上のように、本発明は、主に電力変換装置を内蔵したモータ、このモータを内蔵した空気調和機、給湯器、および換気送風機器に適用可能であり、特に、プリント基板の小型化を図ることができると共に反ステータ側のモールド樹脂の肉厚を抑制可能な発明として有用である。 As described above, the present invention can be applied mainly to a motor incorporating a power converter, an air conditioner incorporating this motor, a water heater, and a ventilation fan, and particularly to miniaturizing a printed circuit board. This is useful as an invention capable of suppressing the thickness of the mold resin on the side opposite to the stator.
1 プリント基板
2 インバータIC(半導体モジュール)
3 ステータ
4 モールド樹脂
5 モータ端子
6 ホール素子
7 モータ外部接続リード
8 ロータ貫通用穴
9 ベアリング
9a ベアリングハウジング
10 ベアリング貫通穴
11 高圧電極
12 低圧電極
13 ヒートスプレッダ
14 過熱検知素子
16 ロータ
17 高圧入力線
18 低圧入出力線
20 ICチップ(半導体チップ)
21 ボンディングワイヤ
22 金属リードフレーム(外部電極)
23 ICパッケージ
25 アルミ配線
26 酸化シリコン膜
27 半導体単結晶島(半導体素子)
28 多結晶シリコン
29 絶縁分離層
31 回転数出力線
32 出力電圧指令入力線
33 チャージポンプダイオード
34 IGBT
35a 上アーム駆動回路
35b 下アーム駆動回路
38 高圧直流電源
39 中性点結線
50 銅箔
51 スルーホール
60 電力変換装置
61 モータ
70 室内機
71 室内送風機
72 室内熱交換器
73 吸込口
74 吹出風路
75 吹出口
80 室外機
81 室外送風機
90 冷媒配管
104 高圧直流入力配線
105 モータ出力配線
200 空気調和機1 Printed
DESCRIPTION OF
21
23
28
35a Upper arm drive circuit 35b Lower
Claims (10)
前記基板のステータと対向する面の反対側面には、この反対側面を押さえる金型により樹脂の金型穴が形成され、
前記金型穴が形成された前記基板のステータと対向する面には、一端が前記外部電源の高圧入力線と電気的に接続され、他端が前記半導体モジュールの高圧電極と電気的に接続される高圧側配線が配設されている電力変換装置内蔵モータ。 A motor incorporating a power conversion device having a substrate on which a semiconductor module for converting a voltage of an external power source into a high frequency voltage and supplying the voltage to a stator is mounted,
On the opposite side of the surface of the substrate facing the stator, a resin mold hole is formed by a mold that holds the opposite side,
One end is electrically connected to the high-voltage input line of the external power source and the other end is electrically connected to the high-voltage electrode of the semiconductor module on the surface of the substrate facing the stator where the mold hole is formed. high-voltage side wires that are disposed power converter built motor that.
前記半導体チップは、金属ワイヤにて前記半導体モジュールの外部電極と電気的に接続されている請求項1または請求項2に記載の電力変換装置内蔵モータ。 The semiconductor module has a semiconductor chip on which a plurality of semiconductor elements are formed,
The semiconductor chip is a power conversion device embedded motor according to 請 Motomeko 1 or claim 2 external electrode and that are electrically connected to the semiconductor module of a metal wire.
この室内機内に設置され、その吹出口から前記調和空気を送り出す室内送風機と、
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
を備え、
前記室内送風機には、請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられている空気調和機。 An indoor unit that blows conditioned air into the installation room;
An indoor fan installed in the indoor unit and sending out the conditioned air from the outlet;
An outdoor unit that is connected to the indoor unit by a refrigerant pipe and performs heat exchange with outside air; and
With
Wherein the indoor blower, air conditioner that provided the power conversion device embedded motor according to any one of claims 1 to 5.
前記室内機と冷媒配管によって接続され、外気と熱交換を実施する室外機と、
この室外機内に設置され、外気をこの室外機内に送り込む室外送風機と、
を備え、
前記室外送風機には、請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の電力変換装置内蔵モータが設けられている空気調和機。 An indoor unit that blows conditioned air into the installation room;
An outdoor unit that is connected to the indoor unit by a refrigerant pipe and performs heat exchange with outside air; and
An outdoor fan installed in the outdoor unit and for sending outside air into the outdoor unit;
With
Wherein the outdoor blower, the air conditioner that provided the power conversion device embedded motor according to any one of claims 1 to 5.
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